Ústav molekulární genetiky AV ČR, v. v. i.
Některé zásadní struktury důležité pro vývoj hlavy u obratlovců se vyvinuly už u společného předka všech strunatců. Toto překvapivé zjištění prokázali vědci z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR při studiu kopinatce, který patří mezi strunatce. Sám kopinatec má pouze tzv. hlavový konec.
Kopinatci, bezlebeční, jsou malí, protáhlí, rybám podobní mořští živočichové, blízce příbuzní obratlovcům. Jsou velmi zajímaví pro evoluční biologii, protože poskytují vhled do rané evoluce strunatců – živočichů s osovým podpůrným systémem, kam patří všichni obratlovci včetně člověka. Navíc si kopinatci zachovali mnoho rysů, které pravděpodobně existovaly u společného předka strunatců.
Proto se na něj zaměřil tým z Ústavu molekulární genetiky AV ČR. Výsledky studie poskytují důležité důkazy o tom, že podstatné rysy vývoje hlavy obratlovců pocházejí od společného předka všech strunatců.
„Zajímaly nás struktury spojené s hlavou obratlovců, jako je neurální lišta a prechordální ploténka. Po dlouhou dobu se předpokládalo, že obě struktury jsou inovacemi obratlovců a že kopinatci, představitelé základní linie strunatců, je nemají,“ přibližuje Iryna Kozmikova, vedoucí týmu z Ústavu molekulární genetiky AV ČR.
Neurální lišta je soubor buněk, které vedou podél hřbetní strany vyvíjejícího se embrya a podílejí se na vývoji mnoha důležitých struktur, jako jsou kosti a chrupavky hlavy, obličej, nervy a pigmentové buňky. Prechordální ploténka je základní buněčná struktura, která se nachází v přední části embrya a hraje klíčovou roli při formování lebky a mozku.
„U lidí může selhání vývoje prechordální ploténky vést k vážným vývojovým poruchám, jako je například nedokonalé oddělení mozkových hemisfér, což může způsobit těžké poruchy mozku a vývoje. Defekty neurální lišty mohou zapříčinit poruchy ve vývoji hlavy a obličejových struktur, jako jsou rozštěpy rtu a patra nebo deformace lebky a obličeje,“ popisuje Iryna Kozmikova.
Kopinatec odhaluje evoluční původ hlavy obratlovců
Výzkum, který zahrnoval analýzu buněčných populací, manipulaci se signálními dráhami a transgenní experimenty, ukázal, že kopinatec prochází podobnými vývojovými stupni jako obratlovci. Díky využití pokročilých metod vědecký tým analyzoval embryonální buňky kopinatce ve čtyřech vývojových stadiích. Vědci u něj identifikovali buňky podobné prechordální ploténce a neurální liště.
„Kombinací těchto metod jsme identifikovali specifické buněčné populace, které sdílejí genetické znaky s buňkami podílejícími se na vývoji hlavy u obratlovců, což naznačuje, že hlavní rysy vývoje hlavy mohly vzniknout u společného předka obratlovců a kopinatců,“ shrnuje Iryna Kozmikova.
Pochopení historie i naděje pro budoucnost
Tento výzkum podporuje teorii, že se některé hlavní struktury spojené s vývojem hlavy u obratlovců vyvinuly již u společného předka všech strunatců. Lepší pochopení těchto evolučních mechanismů může poskytnout nejen vhled do historie života na Zemi, ale také pomoci při výzkumu vývojových poruch spojených s tvorbou hlavy a obličejových struktur člověka.
Anna Markos, Jan Kubovciak, Simona Mikula Mrstakova, Anna Zitova, Jan Paces, Simona Machacova, Zbynek Kozmik-Jr, Zbynek Kozmik and Iryna Kozmikova: Cell type and regulatory analysis in amphioxus illuminates evolutionary origin of the vertebrate head. Nat Commun 2024. [doi]
Autorka úvodní fotografie kopinatce: Iva Dobiášovská.